【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低熱膨張ミラーおよびその製造方法に関するもので、さらに詳しくは、半導体製造装置等に用いられる低熱膨張ミラーおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年、半導体回路は益々精細化する傾向にあり、例えば、半導体露光装置におけるウェハーの位置決めには、極めて高精度な位置決めが要求されるため、各部材の構成に種々の工夫が鋭意検討されている。（たとえば、特許文献１参照）
【０００３】
このような状況下で、周囲の温度変化による熱膨張によるわずかな変形でも製品歩留まりの低下を招くことから、半導体製造装置の構成部材としてコージエライトを主成分とする低熱膨張材料が用いられるようになってきた。（たとえば、特許文献２参照）
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−３１５２２１号公報
【特許文献２】
特開平１１−２０９１７１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の低熱膨張材料は剛性があまり大きくないため、半導体露光装置を高速で移動したときに歪んで、精細な描画が困難となるという欠点を抱えている。
さらには、セラミックスのミラー形成面にポアが残存していると十分な反射率が得られないという課題もある。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、熱膨張係数が低く、かつ、剛性も十分であり、セラミックスのミラー形成面にポアが残存しない低熱膨張ミラーおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記した本発明の目的は、以下の（１）〜（４）によって達成される。
（１）低熱膨張セラミックス板と、該セラミックス板の上部に形成された溶融体と、該溶融体の上部に形成された反射膜とを具備することを特徴とする低熱膨張ミラー。
（２）上記（１）において、前記セラミックス板および溶融体の２０〜３０℃における平均の熱膨張係数が−１×１０−６〜１×１０−６／℃であり、かつ、ヤング率が１２０ＧＰａ以上であることを特徴とする低熱膨張ミラー。
（３）上記（１）、（２）において、前記セラミックス板および溶融体を構成する複合材料が、リチウムアルミノシリケート、コーディエライト、リン酸ジルコニウムカリウムから選ばれる１種以上の材料と、炭化珪素、窒化珪素、炭化ホウ素、サイアロン、アルミナ、ジルコニア、ムライト、ジルコン、窒化アルミニウム、ケイ酸カルシウムから選ばれる１種以上の材料とからなることを特徴とする低熱膨張ミラー。
（４）前記低熱膨張セラミックス板の上部に溶融体を形成する工程と、溶融体の上面が表面粗さ（Ｒａ）が１０ｎｍ以下となるように研磨加工する工程と、研磨加工した面に反射膜を形成する工程とを含むことを特徴とする上記（１）から（３）のいずれかに記載の低熱膨張ミラーの製造方法。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明に係る低熱膨張ミラーは、低熱膨張セラミックス板と、該セラミックス板の上部に形成された溶融体と、該溶融体の上部に形成された反射膜とを具備することを特徴とする。
【０００９】
ここで、低熱膨張セラミックスからなる板の上部に溶融体を形成する理由は、セラミックスの表面はできるだけ注意して焼結してもポアが残存するため十分な反射率を得られないからである。そこで、セラミックス板の上部に溶融体を形成し、その溶融体の表面を研磨すれば、ポアを無くすことができるとの着想による。
【００１０】
次に、本発明において、前記セラミックス板および溶融体の２０〜３０℃における平均の熱膨張係数が−１×１０−６〜１×１０−６／℃であり、かつ、ヤング率が１２０ＧＰａ以上であることを特徴とする低熱膨張ミラーを提案している。その理由は、この範囲であれば、半導体製造装置部材として用いられた場合に、半導体回路の精細化に適合可能であり、また、高速移動に際しても歪みの発生の問題がなくなるからである。
また、セラミックス板と溶融体との間の、２０〜３０℃における平均の熱膨張係数の差が±０．１×１０−６／℃以内であることが好ましい。熱膨張係数の差がこの範囲を超えると溶融処理後、冷却過程で内部応力がたまり、強度低下を招くおそれがある。
【００１１】
前記板および前記溶融体を構成する複合材料としては、リチウムアルミノシリケート、コーディエライト、リン酸ジルコニウムカリウムから選ばれる１種以上の第１の材料と、炭化珪素、窒化珪素、炭化ホウ素、サイアロン、アルミナ、ジルコニア、ムライト、ジルコン、窒化アルミニウム、ケイ酸カルシウムから選ばれる１種以上の第２の材料とからなるものが好適である。これら構成材料のうち第１の材料は熱膨張が極めて小さく、第２の材料は熱膨張係数は第１の材料よりも大きいがヤング率が高く、これらを複合化することにより、所望の低熱膨張および高剛性を兼備した材料とすることができる。
【００１２】
上記第１の材料としては、リチウムアルミノシリケートであるβ−ユークリプタイトやスポジューメンが好ましい。また、その中でもβ−ユークリプタイトはマイナスの熱膨張を示すので、プラスの熱膨張を示す第２の材料と組み合わせることにより、極めて低い熱膨張係数を得ることが可能であるし、また、配合を調節することにより熱膨張係数をマイナスからプラスの広い範囲で調節することが可能となる。なお、β−ユークリプタイトやスポジューメンに代表されるリチウムアルミノシリケートは、Ｃａ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｋ、Ｔｉ、Ｚｎ等の他の成分と固溶体を形成するが、本発明ではこのような固溶体も適用可能である。
【００１３】
一方、溶融体における第２の材料の選択は、溶融体の溶融温度がセラミックス板の溶融温度よりも低くなるように上記材料の中から適宜選択される。
【００１４】
なお、溶融体およびセラミックス板を構成する複合材料において、実質的な化学的反応が生じなければ、第１の材料として複数の材料を組み合わせて用いることも可能である。また、第２の材料も同様に、実質的な化学的反応が生じなければ、複数の材料を組み合わせて用いることも可能である。
【００１５】
ここで、セラミックス板を構成する複合材料の構成材料のうち１種以上が、溶融体を構成する複合材料の構成材料と共通であることが好ましい。これにより、共通の構成材料が拡散しやすく互いに強固に接合することができる。
【００１６】
この場合に、セラミックス板の組成としてはβ−ユークリプタイト５０〜９５質量％と炭化珪素５〜５０質量％であり、溶融体の組成としてはβ−ユークリプタイト４０〜８５質量％と窒化珪素１５〜６０質量％であることが好ましい。
【００１７】
次に、本発明の低熱膨張ミラーの製造方法について説明する。
本発明では、前記低熱膨張セラミックス板の上部に溶融体を形成する工程と、溶融体の上面が表面粗さ（Ｒａ）が１０ｎｍ以下となるように研磨加工する工程と、研磨加工した面に反射膜を形成する工程とを含むことを特徴とする低熱膨張ミラーの製造方法を提案している。
【００１８】
ここで、前記低熱膨張セラミックス板の上部に溶融体を形成する工程とは、より具体的には、低熱膨張セラミックス板の上部に、該セラミックス板よりも溶融温度の低い複合材料を塗布し、セラミックス板は溶融しないが該複合材料は溶融する温度で熱処理することにより、溶融体を形成する。
【００１９】
次に、溶融体の上面が表面粗さ（Ｒａ）が１０ｎｍ以下となるように研磨加工する工程とは、より具体的には、例えば２μｍ以下のダイヤモンド砥粒で研磨することによる。ここで、６ｎｍ以下に研磨加工することが反射率を高めるためにはより好ましい。
【００２０】
次に、本発明の研磨加工した面に反射膜を形成する工程とは、より具体的には、真空中で、Ａｌ、Ａｇ、Ｐｔなどの金属膜を下地として蒸着した後、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２等の誘電体薄膜を前記の金属膜と交互に蒸着し、数オングストロームオーダーの多層構造の反射膜を形成することによる。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
まず、β−ユークリプタイト粉末と炭化珪素粉末とを表１に示す割合でポットミル混合して乾燥させ、セラミックス板の原料混合粉末を作製した。この混合粉末を一軸加圧成形して３２ｍｍ×３５ｍｍ×５００ｍｍの板状成形体を作製し、１５０ＭＰａでＣＩＰ処理した。窒素雰囲気において表１に示す温度で焼成して低熱膨張セラミックス板を得た。
ここで、同様に焼成して得られたセラミックス板から試験片を切り出し、レーザー干渉式熱膨張測定装置（アルバック理工社製 ＬＩＸ−１）を用いて熱膨張係数を求めた。また、共振法にてこれら板材のヤング率を測定した。これらの結果を表１にまとめて示した。
【００２２】
【表１】
【００２３】
次に、β−ユークリプタイトと窒化珪素を表２に示す割合でポットミル混合して乾燥させ、溶融体形成用の混合粉末を作製した。この混合粉末を無機分が３０ｖｏｌ％となるようにエチルセルロースの１５％α−テルピネオール溶液と混合し、三本ロールを用いてペースト状にした。なお、この混合粉末について同じ組成の焼結体を作製してセラミックス板と同様にして熱膨張係数を求めた。その結果についても表２にまとめて示した。その結果、セラミックス板と溶融体との間の、２０〜３０℃における平均の熱膨張係数の差が±０．１×１０−６／℃以内であることを確認した。
上記セラミックス板の上部に、上記ペーストを、スクリーンマスクを用いて厚さ５０μｍに印刷した。これを５００℃で脱脂した後、窒素雰囲気中で表２に示す温度で溶融処理して溶融体を形成した。
【００２４】
【表２】
【００２５】
次に、溶融処理した面を表面粗さ（Ｒａ）が６ｎｍとなるように、１μｍのダイイヤモンド砥粒により研磨加工した。得られた研磨面を高倍率の顕微鏡で
観察した結果、反射膜を形成する面にはポアが皆無であった。
【００２６】
次に、研磨加工した面に、真空中でＡｌを下地として蒸着した後にＴｉＯ２系の誘電体薄膜を形成して反射膜とした。このようにして得られたミラーに対して、レーザー光をミラー面に垂直に照射して、反射光強度を測定することで反射率を求めた。その結果、反射率８６％と十分な反射率が得られた。
【００２７】
以上のようにして得られた本発明による低熱膨張ミラーの模式的な（ａ）斜視図と（ｂ）断面図を図１に示した。
ここで、１は、低熱膨張セラミックス板であり、２は、溶融体であり、３は溶融体を研磨加工した面に反射膜形成することで得られたミラー面である。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、溶融体を低熱膨張セラミックス板よりも溶融温度の低い複合材料で構成したので、溶融体の溶融温度よりも高く、セラミックス板の溶融温度よりも低い温度で加熱することにより、低い熱膨張係数を維持しつつ、ヤング率が１２０ＧＰａ以上と通常のセラミックスと同程度の剛性を有し、反射膜を形成する面にポアがないため十分な反射率を得ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を模式的に示した（ａ）斜視図と（ｂ）断面図である。
【符号の説明】
１ 低熱膨張セラミックス板
２ 溶融体
３ ミラー面[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a low thermal expansion mirror and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a low thermal expansion mirror used for a semiconductor manufacturing apparatus and the like, and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor circuits have tended to become more and more fine. For example, since extremely high-precision positioning is required for positioning a wafer in a semiconductor exposure apparatus, various ideas have been devoted to the configuration of each member. . (For example, see Patent Document 1)
[0003]
Under these circumstances, even a slight deformation due to thermal expansion due to a change in ambient temperature causes a decrease in the product yield, so that a low-thermal-expansion material containing cordierite as a main component has been used as a component of a semiconductor manufacturing apparatus. Have been. (For example, see Patent Document 2)
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-5-315221 [Patent Document 2]
JP-A-11-209171
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional low thermal expansion material has a drawback that the rigidity is not so large, so that the material is distorted when the semiconductor exposure apparatus is moved at a high speed, and it becomes difficult to perform fine drawing.
Further, there is a problem that if the pores remain on the ceramic mirror forming surface, a sufficient reflectance cannot be obtained.
[0006]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a low thermal expansion mirror having a low coefficient of thermal expansion, sufficient rigidity, and no pores remaining on a mirror forming surface of ceramics, and a method of manufacturing the same. With the goal.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The above object of the present invention is achieved by the following (1) to (4).
(1) A low-thermal-expansion mirror comprising a low-thermal-expansion ceramic plate, a melt formed on the ceramic plate, and a reflection film formed on the melt.
(2) In the above (1), the average thermal expansion coefficient of the ceramic plate and the melt at 20 to 30 ° C. is −1 × 10 −6 to 1 × 10 −6 / ° C., and the Young's modulus is 120 GPa. A low thermal expansion mirror characterized by the above.
(3) In the above (1) and (2), the composite material forming the ceramic plate and the melt is at least one material selected from lithium aluminosilicate, cordierite, and potassium zirconium phosphate, and silicon carbide. A low thermal expansion mirror comprising at least one material selected from the group consisting of silicon nitride, boron carbide, sialon, alumina, zirconia, mullite, zircon, aluminum nitride and calcium silicate.
(4) a step of forming a melt on the low thermal expansion ceramic plate, a step of polishing the upper surface of the melt so that the surface roughness (Ra) is 10 nm or less, and a reflection film on the polished surface. Forming a low thermal expansion mirror according to any one of the above (1) to (3).
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
A low-thermal-expansion mirror according to the present invention includes a low-thermal-expansion ceramic plate, a melt formed on the ceramic plate, and a reflective film formed on the melt.
[0009]
Here, the reason why the melt is formed on the upper portion of the plate made of low thermal expansion ceramics is that even if the surface of the ceramics is sintered with care as much as possible, pores remain and sufficient reflectance cannot be obtained. Therefore, the idea is that pores can be eliminated by forming a melt on the upper portion of the ceramic plate and polishing the surface of the melt.
[0010]
Next, in the present invention, the average thermal expansion coefficient of the ceramic plate and the melt at 20 to 30 ° C. is −1 × 10 −6 to 1 × 10 −6 / ° C., and the Young's modulus is 120 GPa or more. A low thermal expansion mirror characterized by a certain feature is proposed. The reason is that within this range, when used as a member of a semiconductor manufacturing apparatus, it can be adapted to the refinement of a semiconductor circuit, and the problem of generation of distortion even at high speed movement is eliminated.
Further, it is preferable that the difference in average thermal expansion coefficient between 20 and 30 ° C. between the ceramic plate and the melt is within ± 0.1 × 10 −6 / ° C. If the difference in the coefficient of thermal expansion exceeds this range, the internal stress accumulates during the cooling process after the melting treatment, and the strength may be reduced.
[0011]
As the composite material forming the plate and the melt, lithium aluminosilicate, cordierite, one or more first materials selected from potassium zirconium phosphate, and silicon carbide, silicon nitride, boron carbide, sialon, A material composed of at least one second material selected from alumina, zirconia, mullite, zircon, aluminum nitride, and calcium silicate is preferred. Of these constituent materials, the first material has a very low thermal expansion, and the second material has a higher thermal expansion coefficient than the first material but a higher Young's modulus. And a material having both high rigidity.
[0012]
As the first material, β-eucryptite or spodumene, which is lithium aluminosilicate, is preferable. Among them, β-eucryptite exhibits a negative thermal expansion. Therefore, by combining it with a second material exhibiting a positive thermal expansion, it is possible to obtain an extremely low thermal expansion coefficient. It is possible to adjust the thermal expansion coefficient in a wide range from minus to plus by adjusting. In addition, lithium aluminosilicate represented by β-eucryptite and spojumen forms a solid solution with other components such as Ca, Mg, Fe, K, Ti, and Zn. In the present invention, such a solid solution is also applied. It is possible.
[0013]
On the other hand, the selection of the second material in the melt is appropriately selected from the above materials so that the melt temperature of the melt is lower than the melt temperature of the ceramic plate.
[0014]
In addition, as long as no substantial chemical reaction occurs in the composite material forming the melt and the ceramic plate, a plurality of materials can be used in combination as the first material. Similarly, the second material can be used in combination of a plurality of materials as long as no substantial chemical reaction occurs.
[0015]
Here, it is preferable that at least one of the constituent materials of the composite material forming the ceramic plate is the same as the constituent material of the composite material forming the melt. Thereby, the common constituent materials can be easily diffused and firmly joined to each other.
[0016]
In this case, the composition of the ceramic plate is 50 to 95% by mass of β-eucryptite and 5 to 50% by mass of silicon carbide, and the composition of the melt is 40 to 85% by mass of β-eucryptite and silicon nitride. It is preferably 15 to 60% by mass.
[0017]
Next, a method for manufacturing the low thermal expansion mirror of the present invention will be described.
In the present invention, a step of forming a melt on the low thermal expansion ceramic plate, a step of polishing the upper surface of the melt so that the surface roughness (Ra) becomes 10 nm or less, and a step of reflecting the polished surface And a method of manufacturing a low thermal expansion mirror.
[0018]
Here, the step of forming a melt on the low thermal expansion ceramic plate means, more specifically, applying a composite material having a lower melting temperature than the ceramic plate to the upper portion of the low thermal expansion ceramic plate, The plate does not melt, but the composite material is heat treated at a temperature at which it melts to form a melt.
[0019]
Next, the step of polishing so that the upper surface of the melt has a surface roughness (Ra) of 10 nm or less is, more specifically, by polishing with diamond abrasive grains of, for example, 2 μm or less. Here, polishing to 6 nm or less is more preferable to increase the reflectance.
[0020]
Next, the step of forming a reflective film on the polished surface of the present invention refers to, more specifically, vapor deposition using a metal film of Al, Ag, Pt, or the like in a vacuum as a base, followed by SiO 2 , TiO 2 , A dielectric thin film such as 2 is alternately deposited with the above-mentioned metal film to form a reflective film having a multilayer structure on the order of several angstroms.
[0021]
【Example】
Hereinafter, examples of the present invention will be described.
First, a β-eucryptite powder and a silicon carbide powder were mixed in a pot mill at a ratio shown in Table 1 and dried to prepare a raw material mixed powder for a ceramic plate. This mixed powder was uniaxially pressed to form a plate-shaped molded body of 32 mm × 35 mm × 500 mm, which was subjected to a CIP treatment at 150 MPa. It was fired at a temperature shown in Table 1 in a nitrogen atmosphere to obtain a low thermal expansion ceramic plate.
Here, a test piece was cut out from a ceramic plate obtained by similarly firing, and the thermal expansion coefficient was determined using a laser interference thermal expansion measuring device (LIX-1 manufactured by ULVAC-RIKO, Inc.). The Young's modulus of these plate materials was measured by the resonance method. These results are summarized in Table 1.
[0022]
[Table 1]
[0023]
Next, β-eucryptite and silicon nitride were mixed in a pot mill at a ratio shown in Table 2 and dried to prepare a mixed powder for forming a melt. This mixed powder was mixed with a 15% α-terpineol solution of ethyl cellulose so as to have an inorganic content of 30 vol%, and formed into a paste using a three-roll mill. A sintered body having the same composition was prepared for the mixed powder, and the thermal expansion coefficient was determined in the same manner as for the ceramic plate. The results are also shown in Table 2. As a result, it was confirmed that the difference in average thermal expansion coefficient between the ceramic plate and the melt at 20 to 30 ° C. was within ± 0.1 × 10 −6 / ° C.
The paste was printed on the ceramic plate to a thickness of 50 μm using a screen mask. This was degreased at 500 ° C., and then melted at a temperature shown in Table 2 in a nitrogen atmosphere to form a melt.
[0024]
[Table 2]
[0025]
Next, the melted surface was polished with 1 μm diamond abrasive grains so that the surface roughness (Ra) became 6 nm. As a result of observing the obtained polished surface with a high magnification microscope, there was no pore on the surface on which the reflective film was formed.
[0026]
Next, on the polished surface, a TiO 2 -based dielectric thin film was formed after vapor deposition using Al as a base in a vacuum to form a reflective film. The mirror obtained in this manner was irradiated with laser light perpendicularly to the mirror surface, and the reflectance was determined by measuring the reflected light intensity. As a result, a sufficient reflectance of 86% was obtained.
[0027]
FIG. 1 shows a schematic (a) perspective view and (b) sectional view of the low thermal expansion mirror according to the present invention obtained as described above.
Here, 1 is a low thermal expansion ceramic plate, 2 is a melt, and 3 is a mirror surface obtained by forming a reflective film on a surface polished from the melt.
[0028]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the melt is composed of a composite material having a lower melting temperature than the low thermal expansion ceramic plate, the temperature is higher than the melt temperature of the melt and lower than the melt temperature of the ceramic plate. By heating at a low temperature, while maintaining a low coefficient of thermal expansion, the Young's modulus is 120 GPa or more, which is about the same rigidity as ordinary ceramics, and a sufficient reflectance is obtained because there are no pores on the surface on which the reflective film is formed. There are effects that can be.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a perspective view schematically showing an embodiment of the present invention, and FIG.
[Explanation of symbols]
1 Low thermal expansion ceramic plate 2 Melt 3 Mirror surface